Инженерия землетрясений is an междисциплинарный branch of engineering that designs and analyzes structures, such as buildings and bridges, with землетрясения in mind. Its overall goal is to make such structures more resistant to earthquakes. An earthquake (or seismic) engineer aims to construct structures that will not be damaged in minor shaking and will avoid serious damage or collapse in a major earthquake. Earthquake engineering is the scientific field concerned with protecting society, the natural environment, and the man-made environment from earthquakes by limiting the сейсмический риск to социально-экономически acceptable levels.1 Traditionally, it has been narrowly defined as the study of the behavior of structures and geo-structures subject to сейсмическая нагрузка; it is considered as a subset of Строительная инженерия, геотехническая инженерия, машиностроение, химическая инженерия, Прикладная физика, etc. However, the tremendous costs experienced in recent earthquakes have led to an expansion of its scope to encompass disciplines from the wider field of гражданское строительство, машиностроение, ядерная энергетика, and from the социальные науки, especially социология, политическая наука, экономика, and финансы.2
Основными задачами сейсмостойкого строительства являются:
Foresee the potential consequences of strong землетрясения on городские районы and civil infrastructure.
Design, construct and maintain structures to выполнять at earthquake exposure up to the expectations and in compliance with строительные нормы.3
A правильно спроектированная конструкция does not necessarily have to be extremely strong or expensive. It has to be properly designed to withstand the seismic effects while sustaining an acceptable level of damage.
Сейсмическая нагрузка
Сейсмическая нагрузка means application of an earthquake-generated excitation on a structure (or geo-structure). It happens at contact surfaces of a structure either with the ground,5 with adjacent structures,6 or with гравитационные волны from цунами. The loading that is expected at a given location on the Earth's surface is estimated by engineering сейсмология. It is related to the сейсмическая опасность of the location.
Сейсмические характеристики
Землетрясение or сейсмостойкость defines a structure's ability to sustain its main functions, such as its безопасность and работоспособность, в and после a particular earthquake exposure. A structure is normally considered безопасно if it does not endanger the lives and благополучие- of those in or around it by partially or completely collapsing. A structure may be considered исправный if it is able to fulfill its operational functions for which it was designed.
Основные концепции сейсмостойкости, реализованные в основных строительных нормах и правилах, предполагают, что здание должно пережить редкое, очень сильное землетрясение, получив значительные повреждения, но без глобального разрушения.7 On the other hand, it should remain operational for more frequent, but less severe seismic events.
Оценка сейсмических характеристик
Инженерам необходимо знать количественный уровень фактических или ожидаемых сейсмических характеристик, связанных с прямым повреждением отдельного здания, подверженного определенному сотрясению грунта. Такая оценка может быть выполнена либо экспериментально, либо аналитически.
Экспериментальная оценка
Experimental evaluations are expensive tests that are typically done by placing a (scaled) model of the structure on a встряхнуть-стол that simulates the earth shaking and observing its behavior.8 Such kinds of experiments were first performed more than a century ago.9 Only recently has it become possible to perform 1:1 scale testing on full structures.
Из-за дороговизны таких испытаний они, как правило, используются в основном для понимания сейсмического поведения конструкций, проверки моделей и методов анализа. Таким образом, после надлежащей проверки расчетные модели и численные процедуры, как правило, несут основную нагрузку при оценке сейсмических характеристик сооружений.
Аналитическая/численная оценка
Оценка сейсмических характеристик or сейсмический структурный анализ is a powerful tool of earthquake engineering which utilizes detailed modelling of the structure together with methods of structural analysis to gain a better understanding of seismic performance of building and не-нестроительные конструкции. Техника как формальное понятие является относительно недавней разработкой.
In general, seismic structural analysis is based on the methods of структурная динамика.10 For decades, the most prominent instrument of seismic analysis has been the earthquake спектр отклика method which also contributed to the proposed building code's concept of today.11
However, such methods are good only for linear elastic systems, being largely unable to model the structural behavior when damage (i.e., не-линейность) appears. Numerical пошаговая-за-интеграция proved to be a more effective method of analysis for multi-degree-of-freedom структурные системы with significant не-линейность under a преходящий process of ground motion excitation.12 Use of the метод конечных элементов is one of the most common approaches for analyzing non-linear взаимодействие структуры почвы computer models.
В основном численный анализ проводится для оценки сейсмических характеристик зданий. Оценка производительности обычно выполняется с помощью нелинейного статического анализа второстепенных задач или нелинейного{0}}временного анализа. При таком анализе важно добиться точного нелинейного моделирования структурных компонентов, таких как балки, колонны, соединения балок-колонн, стены, работающие на сдвиг, и т. д. Таким образом, экспериментальные результаты играют важную роль в определении параметры моделирования отдельных компонентов, особенно тех, которые подвержены значительным нелинейным деформациям. Затем отдельные компоненты собираются для создания полной нелинейной модели конструкции. Созданные таким образом модели анализируются для оценки эффективности зданий.
The capabilities of the structural analysis software are a major consideration in the above process as they restrict the possible component models, the analysis methods available and, most importantly, the numerical robustness. The latter becomes a major consideration for structures that venture into the non-linear range and approach global or local collapse as the numerical solution becomes increasingly unstable and thus difficult to reach. There are several commercially available Finite Element Analysis software's such as CSI-SAP2000 and CSI-PERFORM-3D, MTR/SASSI, Scia Engineer-ECtools, АБАКУС, and Ансис, all of which can be used for the seismic performance evaluation of buildings. Moreover, there is research-based finite element analysis platforms such as OpenSees, MASTODON, which is based on the Фреймворк MOOSE, RUAUMOKO и более старые версии DRAIN-2D/3D, некоторые из которых теперь имеют открытый исходный код.
Исследования в области инженерии землетрясений
Под исследованиями в области сейсмостойкости понимаются как полевые, так и аналитические исследования или эксперименты, направленные на открытие и научное объяснение фактов, связанных с сейсмоэнергетикой, пересмотр общепринятых представлений в свете новых данных и практическое применение разработанных теорий.
The Национальный научный фонд (NSF) is the main United States government agency that supports fundamental research and education in all fields of earthquake engineering. In particular, it focuses on experimental, analytical and computational research on design and performance enhancement of structural systems.
The Научно-исследовательский институт землетрясений (EERI) is a leader in dissemination of инженерные исследования землетрясений related information both in the U.S. and globally.
A definitive list of earthquake engineering research related качающиеся столы around the world may be found in Experimental Facilities for Earthquake Engineering Simulation Worldwide.14 The most prominent of them is now E-Defense Shake Table15 in Япония.
Основные исследовательские программы США
NSF also supports the George E. Brown, Jr. Сеть для инженерного моделирования землетрясений
The NSF Hazard Mitigation and Structural Engineering program (HMSE) supports research on new technologies for improving the behaviour and response of structural systems subject to earthquake hazards; fundamental research on safety and reliability of constructed systems; innovative developments in анализ and model based simulation of structural behaviour and response including soil-structure interaction; design concepts that improve производительность структуры and flexibility; and application of new control techniques for structural systems.16
(NEES) that advances knowledge discovery and innovation for землетрясения and цунами loss reduction of the nation's civil infrastructure and new experimental simulation techniques and instrumentation.17
Сеть NEES включает 14 географически-распределенных лабораторий общего-использования, которые поддерживают несколько типов экспериментальной работы:17 geotechnical centrifuge research, встряхнуть-стол tests, large-scale structural testing, tsunami wave basin experiments, and field site research.18 Participating universities include: Корнелл Университет; Лихайский университет; Университет штата Орегон; Политехнический институт Ренсселера; Университет в Буффало, Государственный университет Нью-Йорка; Калифорнийский университет, Беркли; Калифорнийский университет, Дэвис; Калифорнийский университет, Лос-Анджелес; Калифорнийский университет, Сан-Диего; Калифорнийский университет в Санта-Барбаре; Университет штата Иллинойс, Урбана-Шампейн; Университет Миннесоты; Университет Невады, Рино; and the Техасский университет, Остин.17
The equipment sites (labs) and a central data repository are connected to the global earthquake engineering community via the NEEShub website. The NEES website is powered by HUBzero software developed at Университет Пердью for наноХАБ specifically to help the scientific community share resources and collaborate. The cyberinfrastructure, connected via Интернет2, предоставляет интерактивные инструменты моделирования, область разработки инструментов моделирования, курируемый центральный репозиторий данных, анимированные презентации, поддержку пользователей, телеприсутствие, механизм загрузки и обмена ресурсами, а также статистику о пользователях и шаблонах использования.
Эта киберинфраструктура позволяет исследователям: безопасно хранить, организовывать и обмениваться данными в рамках стандартизированной структуры в центральном месте; дистанционно наблюдать за экспериментами и участвовать в них, используя синхронизированные-данные и видео в реальном времени; сотрудничать с коллегами, чтобы облегчить планирование, выполнение, анализ и публикацию исследовательских экспериментов; и проводить вычислительное и гибридное моделирование, которое может объединять результаты нескольких распределенных экспериментов и связывать физические эксперименты с компьютерным моделированием, чтобы обеспечить исследование общей производительности системы.
Эти ресурсы вместе обеспечивают средства для сотрудничества и исследований для улучшения сейсмического проектирования и производительности систем гражданской и механической инфраструктуры.
Моделирование землетрясения
The very first моделирование землетрясений were performed by statically applying some горизонтальные силы инерции based on масштабированный пиковые ускорения грунта to a mathematical model of a building.19 With the further development of computational technologies, статический approaches began to give way to динамичный ones.
Dynamic experiments on building and non-building structures may be physical, like встряхните -таблицу тестирования, or virtual ones. In both cases, to verify a structure's expected seismic performance, some researchers prefer to deal with so called "real time-histories" though the last cannot be "real" for a hypothetical earthquake specified by either a building code or by some particular research requirements. Therefore, there is a strong incentive to engage an earthquake simulation which is the seismic input that possesses only essential features of a real event.
Иногда имитация землетрясения понимается как-воспроизведение локальных эффектов сильного сотрясения земли.
Моделирование структуры
Theoretical or experimental evaluation of anticipated seismic performance mostly requires a моделирование структуры which is based on the concept of structural likeness or similarity. Сходство is some degree of аналогия or сходство between two or more objects. The notion of similarity rests either on exact or approximate repetitions of узоры in the compared items.
In general, a building model is said to have similarity with the real object if the two share геометрическое подобие, кинематическое подобие and динамическое сходство. The most vivid and effective type of similarity is the кинематический one. Кинематическое подобие exists when the paths and velocities of moving particles of a model and its prototype are similar.
The ultimate level of кинематическое подобие is кинематическая эквивалентность when, in the case of earthquake engineering, time-histories of each story lateral displacements of the model and its prototype would be the same.
Контроль сейсмической вибрации
Контроль сейсмической вибрации is a set of technical means aimed to mitigate seismic impacts in building and не-здание structures. All seismic vibration control devices may be classified as пассивный, активный or гибридный21 where:
пассивные устройства управления have no Обратная связь capability between them, structural elements and the ground;
устройства активного управления incorporate real-time recording instrumentation on the ground integrated with earthquake input processing equipment and приводы within the structure;
гибридные устройства управления have combined features of active and passive control systems.22
When ground сейсмические волны reach up and start to penetrate a base of a building, their energy flow density, due to reflections, reduces dramatically: usually, up to 90 percent . However, the remaining portions of the incident waves during a major earthquake still bear a huge devastating potential.
After the seismic waves enter a надстройка, there are a number of ways to control them in order to soothe their damaging effect and improve the building's seismic performance, for instance:
to рассеять the wave energy inside a надстройка with properly engineered амортизаторы;
рассеивать волновую энергию между более широким диапазоном частот;
to поглощать the резонансный portions of the whole wave frequencies band with the help of so-called массовые демпферы.23
Устройства последнего типа, обозначаемые соответственно ТМД для настроенного (пассивный), as AMD for the активный, and as HMD for the гибридные массовые демпферы, have been studied and installed in высотные-здания, преимущественно в Японии, в течение четверти века.24
However, there is quite another approach: partial suppression of the seismic energy flow into the надстройка known as seismic or базовая изоляция.
For this, some pads are inserted into or under all major load-carrying elements in the base of the building which should substantially decouple a надстройка from its подструктура resting on a shaking ground.
The first evidence of earthquake protection by using the principle of base isolation was discovered in Пасаргады, город в древней Персии, ныне Иран, восходит к 6 веку до нашей эры. Ниже приведены некоторые примеры современных технологий контроля сейсмических колебаний.
Сухие-каменные стены в Перу
Перу is a highly сейсмический land; for centuries the dry-stone строительство proved to be more earthquake-resistant than using mortar. People of цивилизация инков were masters of the polished 'dry-stone walls', called тесаный камень, where blocks of stone were cut to fit together tightly without any миномет. Инки были одними из лучших каменщиков, которых когда-либо видел мир.25 and many junctions in their masonry were so perfect that even blades of grass could not fit between the stones.
The stones of the dry-stone walls built by the Incas could move slightly and resettle without the walls collapsing, a passive структурный контроль technique employing both the principle of energy dissipation (coulomb damping) and that of suppressing резонансный amplifications.26
Настроенный массовый демпфер
Typically the настроенные массовые демпферы are huge concrete blocks mounted in небоскребы or other structures and move in opposition to the резонансная частота oscillations of the structures by means of some sort of spring mechanism.
The Тайбэй 101 skyscraper needs to withstand тайфун winds and earthquake толчки common in this area of Asia/Pacific. For this purpose, a steel маятник weighing 660 metric tonnes that serves as a tuned mass damper was designed and installed atop the structure. Suspended from the 92nd to the 88th floor, the pendulum sways to decrease resonant amplifications of lateral displacements in the building caused by earthquakes and strong порывы.
Гистерезисные демпферы
A гистерезисный демпфер is intended to provide better and more reliable seismic performance than that of a conventional structure by increasing the dissipation of сейсмический ввод energy.27 There are five major groups of hysteretic dampers used for the purpose, namely:
Жидкостные вязкостные демпферы (FVD)
Преимущество вязкостных демпферов в том, что они являются дополнительной системой демпфирования. Они имеют овальную гистерезисную петлю, а демпфирование зависит от скорости. Хотя потенциально требуется небольшое техническое обслуживание, вязкостные демпферы, как правило, не нуждаются в замене после землетрясения. Хотя они дороже, чем другие технологии демпфирования, они могут использоваться как для сейсмических, так и для ветровых нагрузок и являются наиболее часто используемыми гистерезисными демпферами.28
Фрикционные демпферы (ФД)
Friction dampers tend to be available in two major types, linear and rotational and dissipate energy by heat. The damper operates on the principle of a кулоновский демпфер. Depending on the design, friction dampers can experience явление прерывистого -скольжения and Холодная сварка. Основным недостатком является то, что поверхности трения могут со временем изнашиваться, и по этой причине они не рекомендуются для рассеивания ветровых нагрузок. При использовании в сейсмостойких условиях износ не является проблемой, и обслуживание не требуется. Они имеют прямоугольную гистерезисную петлю, и, пока здание достаточно эластично, они имеют тенденцию возвращаться в исходное положение после землетрясения.
Металлические упругие демпферы (MYD)
Metallic yielding dampers, as the name implies, yield in order to absorb the earthquake's energy. This type of damper absorbs a large amount of energy however they must be replaced after an earthquake and may prevent the building from settling back to its original position.
Вязкоупругие демпферы (ВЭД)
Вязкоупругие демпферы полезны тем, что их можно использовать как для ветровых, так и для сейсмических применений, они обычно ограничиваются небольшими смещениями. Есть некоторые опасения по поводу надежности технологии, поскольку некоторые бренды были запрещены к использованию в зданиях в Соединенных Штатах.
Распорные маятниковые демпферы (качели)
Базовая изоляция
Изоляция основания направлена на предотвращение преобразования кинетической энергии землетрясения в упругую энергию в здании. Эти технологии делают это, изолируя структуру от земли, что позволяет им двигаться несколько независимо. Степень, в которой энергия передается в структуру, и то, как энергия рассеивается, будет варьироваться в зависимости от используемой технологии.
Свинцовый резиновый подшипник
Lead rubber bearing or LRB is a type of базовая изоляция employing a heavy демпфирование. It was invented by Билл Робинсон, новозеландец.29
Heavy damping mechanism incorporated in контроль вибрации technologies and, particularly, in base isolation devices, is often considered a valuable source of suppressing vibrations thus enhancing a building's seismic performance. However, for the rather pliant systems such as base isolated structures, with a relatively low bearing stiffness but with a high damping, the so-called "damping force" may turn out the main pushing force at a strong earthquake. The video30 shows a Lead Rubber Bearing being tested at the UCSD Caltrans-SRMD facility. The bearing is made of rubber with a lead core. It was a uniaxial test in which the bearing was also under a full structure load. Many buildings and bridges, both in New Zealand and elsewhere, are protected with lead dampers and lead and rubber bearings. Те Папа Тонгарева, the national museum of New Zealand, and the New Zealand Здания парламента have been fitted with the bearings. Both are in Веллингтон which sits on an активная неисправность.29
Пружины-с-изолятором основания амортизатора
Springs-with-damper base isolator installed under a three-story town-house, Санта Моника, California is shown on the photo taken prior to the 1994 Землетрясение в Нортридже exposure. It is a базовая изоляция device conceptually similar to Свинцовый резиновый подшипник.
One of two three-story town-houses like this, which was well instrumented for recording of both vertical and horizontal ускорения on its floors and the ground, has survived a severe shaking during the Землетрясение в Нортридже and left valuable recorded information for further study.
Простой роликовый подшипник
Simple roller bearing is a базовая изоляция device which is intended for protection of various building and non-building structures against potentially damaging боковые удары of strong earthquakes.
This metallic bearing support may be adapted, with certain precautions, as a seismic isolator to skyscrapers and buildings on soft ground. Recently, it has been employed under the name of металлический роликовый подшипник for a housing complex (17 stories) in Токио, Япония.31
Маятниковый подшипник скольжения
Friction pendulum bearing (FPB) is another name of фрикционная маятниковая система (FPS). It is based on three pillars:32
шарнирный фрикционный ползунок;
сферическая вогнутая поверхность скольжения;
закрывающий цилиндр для ограничения бокового смещения.
Snapshot with the link to video clip of a встряхнуть-стол testing of FPB system supporting a rigid building model is presented at the right.
Сейсмический расчет
Сейсмический расчет is based on authorized engineering procedures, principles and criteria meant to дизайн or модернизация structures subject to earthquake exposure.19 Those criteria are only consistent with the contemporary state of the knowledge about сейсмостойкие инженерные сооружения.33 Therefore, a building design which exactly follows seismic code regulations does not guarantee safety against collapse or serious damage.34
The price of poor seismic design may be enormous. Nevertheless, seismic design has always been a методом проб и ошибок process whether it was based on physical laws or on empirical knowledge of the структурные характеристики of different shapes and materials.
To practice сейсмический расчет, seismic analysis or seismic evaluation of new and existing civil engineering projects, an инженер should, normally, pass examination on Сейсмические принципы35 which, in the State of California, include:
Сейсмические данные и критерии проектирования сейсморазведки
Сейсмические характеристики инженерных систем
Сейсмические силы
Процедуры сейсмического анализа
Сейсморазведка и контроль качества строительства
Для создания сложных структурных систем,36 seismic design largely uses the same relatively small number of basic structural elements (to say nothing of vibration control devices) as any non-seismic design project.
Normally, according to building codes, structures are designed to "withstand" the largest earthquake of a certain probability that is likely to occur at their location. This means the loss of life should be minimized by preventing collapse of the buildings.
Seismic design is carried out by understanding the possible режимы отказа of a structure and providing the structure with appropriate прочность, жесткость, пластичность, and конфигурация37 to ensure those modes cannot occur.
Требования к сейсмическому проектированию
Требования к сейсмическому проектированию depend on the type of the structure, locality of the project and its authorities which stipulate applicable seismic design codes and criteria.7 For instance, Департамент транспорта Калифорнии's requirements called Критерии сейсмического проектирования (SDC) and aimed at the design of new bridges in California38 incorporate an innovative seismic performance-based approach.
The most significant feature in the SDC design philosophy is a shift from a силовая-оценка of seismic demand to a оценка на основе смещения- of demand and capacity. Thus, the newly adopted displacement approach is based on comparing the упругое смещение demand to the неупругое смещение capacity of the primary structural components while ensuring a minimum level of inelastic capacity at all potential plastic hinge locations.
In addition to the designed structure itself, seismic design requirements may include a стабилизация грунта underneath the structure: sometimes, heavily shaken ground breaks up which leads to collapse of the structure sitting upon it.40 The following topics should be of primary concerns: liquefaction; dynamic lateral earth pressures on retaining walls; seismic slope stability; earthquake-induced settlement.41
Ядерные объекты should not jeopardise their safety in case of earthquakes or other hostile external events. Therefore, their seismic design is based on criteria far more stringent than those applying to non-nuclear facilities.42 The Авария на АЭС Фукусима I and ущерб другим ядерным объектам that followed the 2011 Tōhoku earthquake and tsunami have, however, drawn attention to ongoing concerns over Японские стандарты ядерной сейсмостойкости and caused many other governments to пере-оценивать свои ядерные программы. Doubt has also been expressed over the seismic evaluation and design of certain other plants, including the Атомная электростанция Фессенхайм in France.
Режимы отказа
Режим отказа is the manner by which an earthquake induced failure is observed. It, generally, describes the way the failure occurs. Though costly and time consuming, learning from each real earthquake failure remains a routine recipe for advancement in сейсмический расчет methods. Below, some typical modes of earthquake-generated failures are presented.
The lack of подкрепление coupled with poor миномет and inadequate roof-to-wall ties can result in substantial damage to an здание из неармированной кладки. Сильно потрескавшиеся или покосившиеся стены являются одними из наиболее распространенных повреждений при землетрясении. Также опасны повреждения, которые могут возникнуть между стенами и диафрагмами крыши или пола. Разделение между каркасом и стенами может поставить под угрозу вертикальную поддержку систем крыши и пола.
Эффект мягкой истории. Absence of adequate stiffness on the ground level caused damage to this structure. A close examination of the image reveals that the rough board siding, once covered by a кирпичная облицовка, has been completely dismantled from the studwall. Only the жесткость of the floor above combined with the support on the two hidden sides by continuous walls, not penetrated with large doors as on the street sides, is preventing full collapse of the structure.
Разжижение почвы. In the cases where the soil consists of loose granular deposited materials with the tendency to develop excessive hydrostatic pore water pressure of sufficient magnitude and compact, сжижение of those loose saturated deposits may result in non-uniform населенные пункты and tilting of structures. This caused major damage to thousands of buildings in Niigata, Japan during the землетрясение 1964 г..43
.jpg)
Оползень камнепад. A оползень is a geological phenomenon which includes a wide range of ground movement, including камнепады. Typically, the action of сила тяжести is the primary driving force for a landslide to occur though in this case there was another contributing factor which affected the original устойчивость склона: the landslide required an триггер землетрясения before being released.
Удар по соседнему зданию. This is a photograph of the collapsed five-story tower, St. Joseph's Seminary, Лос-Альтос, Калифорния which resulted in one fatality. During Землетрясение в Лома-Приета, the tower pounded against the independently vibrating adjacent building behind. A possibility of pounding depends on both buildings' lateral displacements which should be accurately estimated and accounted for.
At Землетрясение в Нортридже, the Kaiser Permanente concrete frame office building had joints completely shattered, revealing неадекватная удерживающая сталь, which resulted in the second story collapse. In the transverse direction, composite end стены сдвига, consisting of two Уайтс of brick and a layer of набрызг-бетон that carried the lateral load, peeled apart because of неадекватные-связи and failed.
Improper строительная площадка on a предгорье.
Poor detailing of the подкрепление (lack of concrete confinement in the columns and at the beam-column joints, inadequate splice length).
Seismically weak мягкая история at the first floor.
Long консоли with heavy статическая нагрузка.
Эффект соскальзывания основы of a relatively rigid residential building structure during Землетрясение 1987 года в Уиттиер-Нарроуз. The magnitude 5.9 earthquake pounded the Garvey West Apartment building in Monterey Park, California and shifted its надстройка about 10 inches to the east on its foundation.
If a superstructure is not mounted on a базовая изоляция system, its shifting on the basement should be prevented.
Железобетон column burst at Землетрясение в Нортридже due to недостаточный режим поперечной арматуры which allows main reinforcement to пряжка outwards. The deck unseated at the петля and failed in shear. As a result, the La Cienega-Venice подземный переход section of the 10 Freeway collapsed.
Землетрясение в Лома-Приета: side view of reinforced concrete поддержка-ошибка столбцов which triggered верхняя палуба обрушивается на нижнюю палубу of the two-level Cypress viaduct of Interstate Highway 880, Oakland, CA.
Разрушение подпорной стены at Землетрясение в Лома-Приета in Santa Cruz Mountains area: prominent northwest-trending extensional cracks up to 12 cm (4.7 in) wide in the concrete водосброс to Austrian Dam, the north опора.
Ground shaking triggered разжижение почвы in a subsurface layer of песок, producing differential lateral and vertical movement in an overlying панцирь of unliquified sand and ил. This режим замыкания на землю, termed боковое распространение, является основной причиной повреждений, связанных с разжижением-землетрясений.44
Severely damaged building of Agriculture Development Bank of China after Сычуаньское землетрясение 2008 г.: most of the балки и простенки срезаны. Large diagonal cracks in masonry and veneer are due to in-plane loads while abrupt поселок of the right end of the building should be attributed to a свалка which may be hazardous even without any earthquake.45
Двойное воздействие цунами: морские волны hydraulic давление and наводнение. Thus, землетрясение в Индийском океане of December 26, 2004, with the эпицентр off the west coast of Суматра, Indonesia, triggered a series of devastating tsunamis, killing more than 230,000 people in eleven countries by затапливая окружающие прибрежные населенные пункты огромными волнами up to 30 meters (100 feet) high.47
Сейсмостойкая-конструкция
Сейсмостойкое строительство means implementation of сейсмический расчет to enable building and non-building structures to live through the anticipated earthquake exposure up to the expectations and in compliance with the applicable строительные нормы.
Дизайн и строительство тесно связаны. Для достижения хорошего качества детализация элементов и их соединений должна быть как можно более простой. Как и любое строительство в целом, сейсмостойкое строительство представляет собой процесс, состоящий из строительства, модернизации или монтажа инфраструктуры с учетом имеющихся строительных материалов.48
The destabilizing action of an earthquake on constructions may be непосредственный (seismic motion of the ground) or косвенный (earthquake-induced landslides, разжижение почвы and waves of tsunami).
Структура может иметь все признаки устойчивости, но не представлять ничего, кроме опасности, когда происходит землетрясение.49 The crucial fact is that, for safety, earthquake-resistant construction techniques are as important as контроль качества and using correct materials. Подрядчик по землетрясению should be зарегистрирован in the state/province/country of the project location (depending on local regulations), связанный and застрахованныйнужна цитата.
To minimize possible убытки, процесс строительства должен быть организован с учетом того, что землетрясение может произойти в любое время до окончания строительства.
Each строительный проект requires a qualified team of professionals who understand the basic features of seismic performance of different structures as well as управление строительством.
Adobe структуры
Around thirty percent of the world's population lives or works in earth-made construction.50 Adobe type of глиняные кирпичи is one of the oldest and most widely used building materials. The use of саман is very common in some of the world's most hazard-prone regions, traditionally across Latin America, Africa, Indian subcontinent and other parts of Asia, Middle East and Southern Europe.
Самодельные постройки считаются очень уязвимыми при сильных землетрясениях.51 However, multiple ways of seismic strengthening of new and existing adobe buildings are available.52
Ключевыми факторами улучшения сейсмических характеристик глинобитного строительства являются:
Качество строительства.
Компактная планировка-коробчатого типа.
Сейсмоусиление.53
Конструкции из известняка и песчаника
Известняк is very common in architecture, especially in North America and Europe. Many landmarks across the world are made of limestone. Many medieval churches and castles in Europe are made of известняк and песчаник masonry. They are the long-lasting materials but their rather heavy weight is not beneficial for adequate seismic performance.
Application of modern technology to seismic retrofitting can enhance the survivability of unreinforced masonry structures. As an example, from 1973 to 1989, the Солт-Лейк-Сити и здание округа in Юта was exhaustively renovated and repaired with an emphasis on preserving historical accuracy in appearance. This was done in concert with a seismic upgrade that placed the weak sandstone structure on base isolation foundation to better protect it from earthquake damage.
Деревянные каркасные конструкции
Деревянный каркас dates back thousands of years, and has been used in many parts of the world during various periods such as ancient Japan, Europe and medieval England in localities where timber was in good supply and building stone and the skills to work it were not.
The use of деревянный каркас in buildings provides their complete skeletal framing which offers some structural benefits as the timber frame, if properly engineered, lends itself to better сейсмическая живучесть.54
Легкие-каркасные конструкции
Легкие-каркасные конструкции usually gain seismic resistance from rigid фанера shear walls and wood structural panel диафрагмы.55 Special provisions for seismic load-resisting systems for all инженерная древесина structures requires consideration of diaphragm ratios, horizontal and vertical diaphragm shears, and разъем/застежка values. In addition, collectors, or drag struts, to distribute shear along a diaphragm length are required.
Армированные каменные конструкции
A construction system where стальная арматура is embedded in the растворные швы of кирпичная кладка or placed in holes and that are filled with конкретный or раствор is called армированная кладка.56 There are various practices and techniques to reinforce masonry. The most common type is the reinforced пустотелая кирпичная кладка.
To achieve a пластичный behavior in masonry, it is necessary that the прочность на сдвиг of the wall is greater than the предел прочности при изгибе.57 The effectiveness of both vertical and horizontal reinforcements depends on the type and quality of the masonry units and миномет.
The devastating Землетрясение 1933 года в Лонг-Бич revealed that masonry is prone to earthquake damage, which led to the Кодекс штата Калифорния making masonry reinforcement mandatory across California.
Железобетонные конструкции
Железобетон is concrete in which steel reinforcement bars (арматура) or волокна have been incorporated to strengthen a material that would otherwise be хрупкий. It can be used to produce лучи, столбцы, полы или мосты.
Предварительно напряженный бетон is a kind of железобетон used for overcoming concrete's natural weakness in tension. It can be applied to лучи, floors or bridges with a longer span than is practical with ordinary reinforced concrete. Prestressing сухожилия (generally of high tensile steel cable or rods) are used to provide a clamping load which produces a сжимающее напряжение that offsets the растягивающее напряжение that the concrete компрессионный элемент would, otherwise, experience due to a bending load.
To prevent catastrophic collapse in response earth shaking (in the interest of life safety), a traditional reinforced concrete frame should have пластичный joints. Depending upon the methods used and the imposed seismic forces, such buildings may be immediately usable, require extensive repair, or may have to be demolished.
Предварительно напряженные конструкции
Предварительно напряженная конструкция is the one whose overall честность, стабильность and безопасность depend, primarily, on a предварительное напряжение. предварительное напряжение means the intentional creation of permanent stresses in a structure for the purpose of improving its performance under various service conditions.58
Различают следующие основные виды предварительного напряжения:
Предварительное-сжатие (в основном под собственным весом конструкции)
предварительное натяжение with high-strength embedded tendons
После-натяжение with high-strength bonded or unbonded tendons
Today, the concept of предварительно напряженная конструкция is widely engaged in design of здания, underground structures, TV towers, power stations, floating storage and offshore facilities, ядерный реактор vessels, and numerous kinds of мост systems.59
A beneficial idea of предварительное напряжение was, apparently, familiar to the ancient Rome architects; look, e.g., at the tall чердак wall of Колизей working as a stabilizing device for the wall пирсы beneath.
Стальные конструкции
Стальные конструкции are considered mostly earthquake resistant but some failures have occurred. A great number of welded стальной момент-сопротивляющая рама buildings, which looked earthquake-proof, surprisingly experienced brittle behavior and were hazardously damaged in the Землетрясение 1994 года в Нортридже.60 After that, the Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям (FEMA) initiated development of repair techniques and new design approaches to minimize damage to steel moment frame buildings in future earthquakes.61
For конструкционная сталь seismic design based on Расчет коэффициента нагрузки и сопротивления (LRFD) approach, it is very important to assess ability of a structure to develop and maintain its bearing resistance in the неэластичный range. A measure of this ability is пластичность, which may be observed in a сам материал, in a структурный элемент, or to a вся структура.
As a consequence of Землетрясение в Нортридже experience, the American Institute of Steel Construction has introduced AISC 358 "Pre-Qualified Connections for Special and intermediate Steel Moment Frames." The AISC Seismic Design Provisions require that all Стальные моментные рамы сопротивления employ either connections contained in AISC 358, or the use of connections that have been subjected to pre-qualifying cyclic testing.62
Прогноз потерь от землетрясений
Оценка потерь от землетрясения is usually defined as a Коэффициент урона (ДР) which is a ratio of the earthquake damage repair cost to the Общая стоимость of a building.63 Вероятный максимальный убыток (ПМЛ) is a common term used for earthquake loss estimation, but it lacks a precise definition. In 1999, ASTM E2026 'Standard Guide for the Estimation of Building Damageability in Earthquakes' was produced in order to standardize the nomenclature for seismic loss estimation, as well as establish guidelines as to the review process and qualifications of the reviewer.64
Earthquake loss estimations are also referred to as Оценка сейсмического риска. Процесс оценки риска обычно включает определение вероятности различных движений грунта в сочетании с уязвимостью или повреждением здания под действием этих движений грунта. Результаты определяются как процент восстановительной стоимости здания.65